PCB 레이아웃에서 Tented 비아와 Untented 비아를 사용하는 시기

많은 설계자들이 표준 관행으로 적용하는 몇 가지 지침이 있습니다. 이들 중 일부는 종종 생각 없이 적용됩니다. 예를 들어, 신호 층에서의 구리 푸어(copper pour)와 같은 일부 관행은 잘못 이해되었거나 최선의 관행 없이 구현됩니다. 다른 관행들은 잠재적인 문제에 대해 생각하지 않고, 그 문제들이 극단적인 경우에만 발생하기 때문에 적용됩니다. 이 중 하나가 텐티드 비아(tented vias)의 사용인데, 때때로 PCB 레이아웃에서 기본적으로 구현됩니다.

이것이 항상 올바른 관행일까요? 그리고 텐티드 비아와 관련된 가능한 신뢰성 문제는 무엇일까요? 특히 고비율 비아(high aspect ratio vias)와 적층 마이크로비아(stacked microvias)에 대한 신뢰성 문제가 제기될 때 이러한 질문은 중요합니다. 이 글에서는 비아 텐팅 주변의 일부 설계 포인트와 PCB 레이아웃에서 이를 피해야 하는 경우를 살펴보겠습니다.

텐티드 비아 사용 시기 대비 언텐티드 비아

비아 텐팅의 아이디어는 간단합니다: PCB의 모든 비아를 솔더 마스크로 덮어 비아 홀의 패드/링과 비아 배럴 자체가 환경에 노출되지 않도록 합니다. 솔더 저항은 비아 패드와 비아 배럴 내부의 도금에 어느 정도 보호를 제공하기 위해 배치됩니다. PCB 레이아웃을 보면 솔더 스톱 마스크 레이어를 보고 텐티드 비아를 쉽게 찾을 수 있습니다; 솔더 마스크 레이어의 Gerber 파일에도 동일하게 적용됩니다.

비아의 텐팅은 때때로 DFA 요구사항으로, 그리고 신뢰성 요구사항으로 간주됩니다. 비아 텐팅의 몇 가지 장점과 단점으로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 텐팅은 유해 화학물질이나 습도와 같이 장치 수명을 줄이는 환경적 요인에 노출되는 것을 방지합니다.
• 텐팅은 에폭시로 채우거나 도금하는 비아 플러깅이나 채우기보다 비용이 적게 들어 비아를 보호하는 가장 간단한 과정입니다.
• 텐팅은 보드에 배치되고 납땜되는 특정 구성요소에 따라 조립을 돕거나 방해할 수 있습니다.

이러한 각 영역을 살펴보며 텐티드 비아를 포함하거나 생략해야 할 경우를 알아보겠습니다.

솔더 위킹 방지

SMD 부품에 가까이 배치된 비아는 솔더가 기판의 뒷면으로 올라가는 경로를 제공할 수 있습니다. 이를 해결할 수 있는 세 가지 방법이 있습니다:

1. SMD 패드에 적용되는 솔더 페이스트의 양을 줄이기 위해 페이스트 마스크 개구부를 줄입니다.
2. SMD 패드에서 비아를 멀리 이동시키고, 패드와 연결된 비아 사이에 솔더 마스크 댐이 있도록 합니다.
3. SMD 패드 근처의 비아를 선택적으로 텐트 처리하되, 페이스트 마스크를 수정하지 않습니다.

제 생각에는 #3이 다른 모든 가능한 선택지를 고려했을 때 최선의 옵션입니다. 이유는 특정 비아에 대한 솔더 마스크 확장을 닫는 것만으로 간단한 변경이 가능하기 때문입니다.

소형 비아의 환경 보호

텐트 처리는 완성된 홀 직경이 약 12mil 이하인 소형 비아에 가장 적합합니다. 구체적인 직경 한계는 LPI 솔더 마스크 솔루션에 따라 다르며, 제작업체는 신뢰할 수 있는 텐트 처리를 보장하기 위해 최대 비아 직경을 추천할 수 있어야 합니다. 만약 비아 직경이 너무 크면, 솔더 저항이 깨져 작은 구멍이 생길 수 있으며, 이는 비아 배럴로 오염물질이 들어갈 수 있게 합니다. 이는 특히 환경 보호가 필요할 때 신뢰성 문제가 발생하는 지점입니다.

비아의 내부가 환경에 노출되고 도금 마감이나 기타 재료(예: 컨포멀 코팅)로 보호되지 않은 경우, 노출된 구리가 서서히 부식될 수 있습니다. 비아가 한쪽만 텐트 처리되어 있고 어떤 오염물질이 비아 배럴 내부에 고일 수 있다면 이 과정은 더욱 빨라집니다. 이러한 노출은 장치가 조기에 고장날 수도 있습니다. 따라서 오염물질이 비아 배럴 내부에 고일 수 있는 환경에 노출될 수 있는 장치는 가능한 경우 텐팅 처리를 해야 합니다.

일부 비아를 텐트 처리하지 않는 경우에는 PCBA에 컨포멀 코팅을 적용하여 추가적인 환경 보호를 제공할 수 있습니다. 이는 환경적 우려가 습도나 먼지와 같은 것이라면 훌륭한 해결책이 될 수 있지만, 우주나 특수 산업 시스템과 같은 저압 환경에서의 아웃가싱 문제가 있을 수 있습니다.

텐트 처리된 비아와 처리되지 않은 비아의 조립 문제

텐티드 비아는 특정 경우에 조립 문제를 일으킬 수 있습니다. 잠재적인 조립 문제는 미세 피치 구성 요소를 조립해야 하는지, 아니면 비아 인 패드가 필요할 수 있는 한계에 가까워지는 고밀도에서 작업하는지에 따라 달라집니다. PCB 조립에서 텐티드 비아는 두 가지 관점에서 고려되어야 합니다:

• 조립 중에 솔더가 보드 뒷면으로 유동될 가능성이 있습니까? 그렇다면, 구성 요소의 풋프린트 근처에 비아를 텐트하세요.
• 과도한 플럭스 잔여물이 오염 및 단락 가능성을 일으키는 문제를 일으킬까요? 그렇다면, 구성 요소의 풋프린트 근처나 아래에 있는 비아를 텐트하지 마세요.

여기서 좋은 예는 QFN 구성 요소나 큰 TO 패키지 아래에 있는 그라운드 패드입니다. 이 패드에는 비아가 포함되어 있지만, 구성 요소에 납땜되어 전기적 연결을 만들고 구성 요소에서 열이 쉽게 전달되도록 해야 합니다. 그러나, 보드의 뒷면에는 솔더 유동을 방지하기 위해 텐팅이 적용될 수 있습니다. 이 경우, 유동이 더 중요하다고 주장할 수 있으며, 특히 솔더 유동이 발생할 경우 뒷면에 다른 구성 요소가 단락될 수 있기 때문에 해당 비아는 텐티드되어야 합니다.

BGA에 개뼈 팬아웃이 있는 경우, 두 목표가 충돌한다는 것이 분명해야 합니다. 팬아웃의 비아를 덮지 않고 두면, 조립 중에 플럭스가 탈출할 명확한 경로가 있으며, 표면 도금 재료가 환경 손상으로부터 구리를 보호할 것입니다. 그러나, 이 비아를 BGA 패드와 같은 쪽에서 덮으면, 솔더가 보드의 뒷면으로 흡수되는 것을 방지할 수 있습니다.

제 의견과 경험에 따르면, 구분선은 BGA 패드와 비아 사이에 허용되는 솔더 레지스트 슬리버입니다. 비아를 덮지 않고 솔더 스톱 마스크 슬리버가 너무 얇으면 제작 후에 부러질 수 있어, 솔더 마스크 댐을 잃게 되고 BGA 솔더 볼이 열린 비아 배럴을 통해 흐를 위험이 있습니다. 덮지 않은 비아가 너무 얇은 솔더 마스크 슬리버를 남길 경우, 비아를 덮고 조립 중에 신뢰할 수 있는 노클린 플럭스 사용을 요청하는 것이 좋습니다. 조립업체는 그들의 노클린 플럭스가 리플로우 중에 솔더 볼이 단락을 일으킬 수 있는지 여부를 알거나 데이터를 가지고 있어야 합니다.

한쪽 면이나 양쪽 면?

다음으로 물어봐야 할 덜 명확한 질문은: 한쪽 또는 양쪽에 텐트를 설치해야 할까요?

제 생각에는, 비아에 텐트를 설치할 거라면 양쪽 모두에 해야 합니다. 예외는 비아 인 패드, 노출된 구리 다각형/레일에 있는 비아, 또는 접지 패드에 있는 비아(아래 TO 패키지 예제 참조)와 같은 특징이 필요한 경우입니다. 이러한 특징은 노출된 구리를 요구하므로, 비아는 한쪽 면에서 노출되고 다른 한쪽 면에서만 텐트를 설치할 수 있습니다. 그렇지 않으면, 비아가 충분히 크게 되면, 그것들을 텐트 없이 두고 노출된 도체를 보호할 적절한 도금을 선택하십시오.

텐트 비아 대 비텐트 비아 요약

위의 가능한 우려 사항 목록에서 분명히, 환경 오염으로부터 보호하기 위해 텐팅하는 것과 조립 오염물질이 조립체에서 배출될 수 있도록 디자인을 텐트 없이 두는 것 사이에는 트레이드오프가 있습니다. 이러한 문제가 특정 시스템에서 우려된다면, PCBA는 올바르게 작동할 것이며 디자인이 텐트 비아를 기반으로 신뢰성 문제를 겪지 않을 것임을 보장하기 위해 철저히 테스트되어야 합니다.

PCB 레이아웃에서 텐티드 비아를 선택하고 할당해야 할 때는 Altium Designer®의 사용하기 쉬운 CAD 도구 전체 세트를 사용하세요. 설계가 철저한 설계 검토와 제조를 위해 준비되면, 팀은 Altium 365™ 플랫폼을 통해 실시간으로 공유하고 협업할 수 있습니다. 설계 팀은 Altium 365를 사용하여 제조 데이터와 테스트 결과를 공유할 수 있으며, 설계 변경 사항은 안전한 클라우드 플랫폼과 Altium Designer를 통해 공유될 수 있습니다.

Altium Designer와 Altium 365로 가능한 것의 표면만 긁어본 것입니다. 오늘 Altium Designer + Altium 365의 무료 체험을 시작하세요.